JPH04157740A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体ウェハ等の表面検査を行なう検査装置
に関する。

〔従来の技術〕

第４図に従来用いられているこの種の検査装置の概略を
示す。検出部１は、ウェハハンドリング機ＩＩ２と検出
機構３とを有する。ウェハハンドリング機構２は、搬送
口から送シ込まれた半導体ウェハをウェハ搬送面の高さ
ｂをもって保持する。

このとき、半導体ウェハの主面たるべきパターン形成面
は矢印で示すように上方、すなわち重力方向と逆に向け
られている。次にウェハハンドリング機構２社その状態
で半導体ウェハを検出機構３の下の所定の位置に搬送し
、ウェハハンドリング機構２および検出機構３によシ所
定の手続に従って、半導体ウェハのパターン形成面につ
き所定の検査が行なわれる。検出された検査データはコ
ンピュータをもつデータ処理部４に転送され、所定の手
続で処理されてその結果が表示部５に示される。検査デ
ータの検出動作が終了した後は、半導体ウェハはウェハ
ハンドリング機構２によってウェハ搬送面の高さｈをも
つ搬送口へ送）出される。

半導体ウェハの種類や各種手続・動作の選択について社
適宜作業者が判断し、操作部６を通じて検出部１．処理
部４に指示を行なう。なお、ウェハ搬送面の高さｈｑ作
業者にとって作業のやシ易い高さに設定される。通常床
７から７００−９００　ｍ程度であや、下方には空きス
ペース８が生じる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の半導体ウェハの表面検査装置は以上のように構成
されているため、半導体ウェハの製造工程や製造装置自
体の一部として組入れることが難しく、効率も良くない
という問題があった。次にその理由を詳述する。

上述したような従来の装置はそのすべてが半導体ウェハ
の被検査面であるパターン形成面を上方に向けている。

したがって大要な容積と重量をもつ検出機構３をその上
方に配置しなければならず、その設置安定性を確保する
ために、作業性を犠牲にしてウェハ搬送面の高さｈを下
げるか、そうでなければ土台の設置面積を広くとる必要
がある。

また、半導体工場のクリーンルーム内でのダウン７０−
（下向きの気流）と重力によって微小粒子が半導体ウェ
ハの上方に向けたパターン形成面に堆積し検査結果に誤
シをもたらすのを避けるため、クリーンルーム内とはい
え、フローがよどんで微小粒子がたまりやすい場所中発
塵源となる装置のそぼくは設置し難い。

このため、従来は表面検査装置はクリーンルームの中で
も清浄度の高い所定の箇所に設置し、製造工程のライン
からは独立した形態（スタンドアロン）で利用され、半
導体ウェハは人手で運搬してセットするのが一般的であ
る。また、そこでは表面検査装置社汎用機として利用さ
れ、各製造工程においてほぼ同様の検査項目については
一つの表面検査装置で条件を変えて対応している。

しかし、半導体デバイスの高密度、高集積化の進展で１
ミクロン以下（サブミクロン）のパターン幅や１ミクロ
ンないし１００裏以下の膜厚まで要求されるようになる
につれ、各工程において加工の均一性を一層高めるとと
もに、チップサイズの拡大に伴ってウェハサイズを一層
大きくすることが必要とされている今日、半導体製造装
置の加工能力のさらなる向上が要求されると同時に、不
安定な製造装置の加工状態を監視する検査装置について
も、−層高い検出精度と利用効率が望まれる。

この発明の目的は、検出精度を高めるためにますます大
形化し複雑になる傾向にある検出機構をもつ表面検査装
置について、被検出面への微小粒子の堆積を抑えるとと
もに装置の設置面積ないし容積を減少させることにある
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の表面検査装置は、検査対象物を、その被検査
面を下方に向けて保持するハンドリング機構と、その被
検査面に対向するように配置された検出機構と金備えた
ものである。

ここで「下方に向けて」とは重力の向きに向けることを
意味するが、必ずしも被検査面の外向き法線ベクトルが
重力のベクトル方向に一致することまでを要求するもの
ではなく、いわゆる下向きに伏せられた状態であればよ
い。

また「表面検査」とは、例えば異物・欠陥検査、膜厚測
定、寸法測定、膜屈折率測定、段差測定、顕微＃ｌある
いは走査形電子顕微鏡（８ＥＭ）などによる表面観察ヤ
オージエ光電子分光あるいはＥＳＣム（ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ　ａｐｅｅｔｒｏｓｃｏｐｙ　ｆｏｒ　ｃｈｅｒｎｉ
ｅａｌａｎａｌｙｓｉｓ　）などによる表面分析等を含
み、その種類は限定されない。

〔作用〕

検査対象物の被検査面を下方を向けて保持する構成とし
たことにより、検出機構が下方、ハンドリング機構が上
方と、その配置が従来とは全く逆転する。

表面検査装置に要求されるハンドリング機構の搬送ステ
ージは一般に１軸か、またはせいぜい２軸もしくはｌ軸
プラス回転であシ、これら０機構に必要な容積および重
量は検出機構に必要なそれに比較してはるかに小さい。

一方検出機構においては、検出のために検査対象物の被
検査面に照射するエネルギー（具体的には例えばレーザ
ー光線や電子線、Ｘ線）を発生させる照射エネルギー源
、そのエネルギーを最適な状態にする丸めの部品（例え
ば光学レンズ群や電子レンズ群）、エネルギーを検査対
象物の被検査面に確実に導くための雰囲気等を形成する
部品（例えば遮光板や真空チェンバ）、照射され九エネ
ルギーによって被検査面から返ってくる応答を確実にと
らえるための部品（例えば光学レンズ群、フィルタ、フ
ォトマル）、さらには検出機構が正常に動作し所定の状
態に維持されているかを判断するとともに校正するため
の部品（例えば標準ターゲット）など多くの部品を必要
とする。また、照射されるエネルギーの経路にはある程
度の距離を確保する必要がある。さらＫ、前述したよう
に表面検査装置に求められる検出精度が高くなるにつれ
、能力が不十分な部分を補うための部品が付加されるこ
ととなり、検出機構はますます複雑かつ大規模になって
いく。

この発明ではこの検出機構を下方に配置したことによシ
、表面検査装置の重心が下がシ、安定性を確保するため
に必要な土台の設置面積が小さくなるとともに、従来例
に生じていたような無駄な空きスペース８が減少し、例
えば高価なりリーンルーム内に占める設置面積ないし容
積が縮小する。

また検査対象物の被検査面が下方を向いている丸め、例
えばクリーンルーム内のダウンフローおよび重力による
微小粒子の当該被検査面への堆積も回避される。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す半導体ウェハの表面
検査装置の概略構成図である。第４図と同一符号は同一
もしくは相当部分を示す。またデータ処理部はこの発明
において本質ではないため省略しである。

搬送口から送）込まれた半導体ウェハは、ウェハハンド
リング機構２によシ、ウェハ搬送面の高さｈをもって保
持される。このとき、半導体ウェハのパターン形成面は
、矢印で示すように下方に向けられている。次にウェハ
ハンドリング機構２はその状態で半導体ウェハを検出機
構３の上の所定の位置に搬送し、ウェハハンドリング機
構２および検出機構３により所定の手続に従って所定の
検査が行なわれる。必要な検査データの検出動作終了後
は、半導体ウェハはウェハハンドリング機構２によって
ウェハ搬送面の高さｈをもって搬送口へ送シ出される。

ウェハ搬送面の高さｈは、従来と同様に作業のや）易い
７００〜９００　ｍｍに設定されるが、ウェハハンドリ
ング機構２に対して検出機構３の容積が大きいため、空
きスペース８は従来に比較して十分に小さくなるととも
に全体の高さも低くなる。

よシ具体的に、膜厚測定器に適用した例を第２図に示す
。半導体ウェハ１１は、ウェハハンドリング機構２を構
成するｘＹステージ１２に保持される。その下方にハロ
ゲンランプ１３、光学レンズ１４＆　、　１４ｂ、対物
レンズ１５、ビームスプリッタ１６、光学レンズ１Ｔ、
分光器１８、ミクロメータ１９および接眼鏡２０を有す
る検出機構３が配置されている。またデータ処理部４を
構成するＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ　ｐｒｏｅｅｓａｉｎ
ｇ　ｕｎ＋ｔ）２ｉ、キーボード（操作部６に相当）２
２およびＣＲＴ（ｅａｔ−ｈｏｄｅ−ｒａｙ　ｔｕｂｅ
）（表示部５に相当）２３、さらにプリンター２４を備
えている。

同様に第３図は走査形電子顕微鏡に適用した例を示す。

半導体ウェハ２ＳＫ対するハンドリング機構２としてク
エハステージ２７およびステージハンドリング機構２８
を備えている。２！は支持部材である。一方検出機構３
は、電子銃３Ｇ、軸調整コイル３１、集束レンズ３２、
対物レンズ３３、非点補正コイル３４、偏心コイル３５
、対物レンズ絞り３６訃よび２次電子検出器３Ｔを備え
る。

第２図および第３図を見て、ウェハハンドリング機構の
容積（したがって重量も）が検出機構のそれに比較して
はるかに小さいことは一目瞭然である。このことは、他
の樵類の表面検査装置についても同様である。

このように設置面積ないし容積が減少し、かつ被検査面
への微小粒子の堆積が防止されるため、表面検査装置を
半導体製造装置の間近に設置することも可能となシ、離
れた場所を往復していた従来に比較して効率良く検査作
業が行なえる。特に、各工程での検査ごとに検査装置を
配置してそれぞれ専用機として用いることも可能である
。その場合、予めそれぞれの工程に最適な条件に設定し
た状態で検査が行なえるため、検出精度および検査効率
を一層高めることが可能である。

以上半導体ウェハの表面検査装置を例に述べたが、この
発明はこれに限定されるものではなく、例えば液晶パネ
ル、プリント配線基板あるいはブラウン管など各種の検
査対象物の表面検査を行なう装置について同様に適用可
能である。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、検査対象物を、その被
検査面を下方に向けて保持するハンドリング機構と、そ
の被検査面に対向するように配置した検出機構とを備え
たことによシ、誤差の原因となる被検査面への微小粒子
の堆積を抑えるとともに装置の設置面積ないし容積を減
少させ、設置場所選択の自由度を高めてより高精度で効
率的な検査を可能にする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概略構成図、ｊＩ２
図および第３図線それぞれ具体的な構成例を示す図、第
４図は従来例を示す概略構成図である。 １・・・・検出部、２・拳・・ウェハハンドリング機構
、３・・・拳検出機構。 第１図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　検査対象物を保持するハンドリング機構と、保持され
   た検査対象物の表面検査を行なう検出機構とを備えた表
   面検査装置において、検査対象物の被検査面を下方に向
   けて当該検査対象物を保持するハンドリング機構と、こ
   の検査対象物の下方に向けられた被検査面に対向するよ
   うに配置された検出機構とを備えたことを特徴とする表
   面検査装置。